SUHU DAN PEMUAIAN Standar Kompetensi : 3 Memahami wujud zat dan perubahannya
1. Pengertian suhu
Dapatkan indera peraba digunakan mengukur suhu suatu benda?
Derajat panas dinginnya suatu benda disebut suhu atau temperatur. Untuk menjawab pertanyaan di atas , sediakan 3 buah gelas besar dan beri lebel A , B , dan C .Isilah masing-masing gelas Adengan air panas , gelas B dengan air sejuk ( air panas + es ) dan C dengan air es ( potongan es )masukan jari tangan kananmu kedalam gelas A yang berisi air panas akan terasa panas dan jari kirimu kamu masukan ke gelas C berisi potongan es akan terasa dingin. Bila kedua jari tanganmu kamu masukan ke dalam gelas B ( berisi air sejuk) tangan kananmu akan merasakan dingin,sedang jari tangan kirimu akan merasakan panas.
Gb. 6.1 Indera peraba tidak tepat digunakan sebagai alat ukur suhu
Air di gelas B dirasakan oleh kedua tangan berbeda oleh karena itu diperlukan alat ukur suhuyang lebih cermat. Janganlah kamu menyentuh benda yang terlalu panas dan terlalu dingin karena dapat merusakkan jaringan tubuh.
2. Thermometer
Dasar apakah yang digunakan untuk membuat thermometer ?
Setelah kamu mengetahui bahwa indera peraba tidak dapat digunakan sebagai alat ukur suhu karena tidak memiliki satuan, maka diperlukan alat yang dapat menyatakan suhu dengan angka. Alat yang dimaksud adalah thermometer.
Dasar pembuatan thermometer menggunakan sifat-sifat zat akan mengalami perubahan bila suhunya berubah, misalnya : perubahan wujud, volum, warna dan daya hantar listrik.
Pada gambar ( G.b 6.2 ) dibawah ini adalah perubahan volum zat cair yang dipakai sebagai dasar pembuatan thermometer.
Sediakan labu didih , pipa kapiler sumbat karet berlubang air berwarna, bejana dan air hangat. Isilah labu didih dengan air berwarna hampir penuh kemudian pasanglah pipa kapiler bersumbat tandailah air pada pipa kapiler dengan spidol.
Masukan labu didih pada bejana kemudian tuang air hangat ke dalam bejana pelan-pelan, Amati tinggi air yang berada dalam pipa kapiler.Ternyata air berwarna naik seperti gambar.
Pada kegiatan itu menunjukkan perubahan volum air sebagai akibat perubahan suhu air berwarna yang diisikan pada labu didih.
Perubahan volum zat air/pemuaian dapat digunakan sebagai patokkan suhu suatu benda.
Zat cair yang diisikan pada thermometer adalah alkohol dan raksa.Keduanya memiliki keunggulan dan kelemahan.
Keunggulan alkohol sebagai pengisi thermometer ( zat thermometrik) : a. Muainya teratur
b. Titik bekunya rendah sehingga dapat digunakan untuk mengukur suhu yang sangat rendah
Kelemahan alkohol sebagai pengisi thermometer a. membasahi dinding
b. titik didih rendah sehingga tidak dapat digunakan untuk mengukur suhu yang tinggi.
Keunggulan raksa sebagai pengisi thermometer a. Tidak membasahi dinding wadahnya
c. Warnanya mengkilap sehingga mudah dilihat d. Cepat menyesuaikan suhu benda yang diukur
e. Titik didih tinggi sehingga dapat digunakan untuk mengukur suhu yang tinggi Kelemahan raksa sebagai pengisi thermometer.
Tidak dapat mengukur suhu yang sangat rendah. 3. Skala thermometer
Sir Andreas Celcius (1701-1744 ) dan Gabriel Daniel Farenheit ( 1686-1736 ) Menetapkan Skala thermometer ( kalibrasi ) sebagai berikut:
a. Menentukan titik tetap bawah
Mula-mula masukan thermometer tak berskala pada potongan-potongan es sedang mencairpada tekanan 1 atmosfer tandai zat cair pada thermometer sesudah tidak turun lagi.Ditapkan sebagai titik tetap bawah oleh celcius diberi angka 00C dan
Farenheit diberi angka 320F.
b. Menentukan titik tetap atas
Masukan thermometer tadi pada air yang sedang mendidih pada tekanan 1 atmosfer,tandailah zat cair pada thermometer sebagai titik tetap atas oleh celcius diberi angka1000C dan Farenheit
diberi angka 2120F.
c. Letakan thermometer tadi pada kertas milimeter blok jiplak tanda yang kamu buat dari thermometer pada milimeter blok. Kemudian hubungkan dengan garis tanda itu bagilah menjadi 100 untuk celcius dan 180 untuk skala farenhait.
4. Konversi skala thermometer .
0C 0F 0R K
Titik tetap atas 100 212 80 373
Titik tetap bawah 0 32 0 273
Gb. 6.3 berbagai skala thermometer a. Konversi skala C dengan F
C - 0 100 - 0 = F -32 212 - 32 C 100 = F -32 180 C = 5 F-32 9
C= 5/9 x (F-32 ) atau F = 9/5 . F + 32 b. Konversi skala C dengan R
C 100 = R 80 C 5 = R 4 C = 5/4 . R atau R = 4/5 . C c. Konversi C dengan K C = 100 K -273 100 C = K – 273 atau K = C + 273
Suhu nol mutlak adalah suhu dimana partikel zat tidak bergerak . 0 K = -2730C .
d. Konversi skala C ke satuan yang lain missal X
Thermometer X memiliki titik tetap bawah -200 dan titik tetap atas 1300
0C 0X 100 130 C -0 100-0 = X + 20 130-(-20) C 100 = X + 20 150 C 2 = X + 20 3 C = 2/3 . ( X+20) atau X = 3/2 . C – 20 5. Jenis thermometer
Thermometer ada beberapa jenis tergantung dari penggunaannya : a.Thermometer kilinis / demam
Thermometer klinis memiliki rentang skala 350C - 420C
diantara tandon raksa dan pipa kapiler ada bagian sempit .Setelah raksa memuai masukpipa kapiler tidak dapat kembali ketandon raksa dengan sendirinya sehingga thermometer
dapat dibaca suhu yang ditunjuk. Untuk mengembalikan raksa pada tandon thermometer harus dikibas-kibaskan.
b.Thermometer laboratorium sekolah memiliki skala -100C - 1100C
c.Thermometer dinding memiliki skala -500C - 500C
d.Thermometer maximum minimum - 200C - 500C
e.Thermometer thermokopel prinsipkerjanya menggunakan perbedaan suhu akan menghasilkanperbedaan arus listrik memiliki skala -1000C – 1.5000C
f. Pirometer adalah thermometer yang digunakan untuk mengukur suhu yang sangat tinggi seperti untuk mengukur suhu peleburan baja.
B. Pemuaian
1. Pemuaian zat padat.
Apakah zat padat memuai bila dipanaskan ?
Pada umunya zat padat kalau dipanaskan memuai tetapi kalau didinginkan akan menyususut. Pemuaian pada zat padat terjadi pada setiap bagian yaitu panjang , lebar dan tebal. Telah kamu ketahui letak partikel (atom/molekul) zat padat teratur dan berdekatan . Zat padat misalnya logam bila dipanaskan atom-atom/molekul-molekul penyusunya akan bergetar lebih cepat sehingga memerlukan ruang lebih besar akibatnya zat padat memuai ke segala arah yaitu memanjang, melebar dan menebal.
Ketika zat padat dipanaskan suhu zat naik dan atom-atomnya mendapatkan tambahan energi sehingga getaran atom-atomnya bertambah besar (seperti gambar 1.1)
Gb. 6b.1 Partikel zat padat ketika dipanaskan
Zat padat yang berbentuk batang , dan silinder bila dipanaskan kesan yang teramati bertambah panjang. .Muai panjang adalah pertambahan panjang suatu zat padat apabila suhunya naik. Muai panjang pada zat padat dapat diselidiki dengan menggunakan alat yang disebut Musschenbroek Logam yang akan diketahui muai panjangnya (muai liner) dijepit pada salah satu ujungnya sehingga pertambahan panjangnya hanya ke satu arah. Sebuah logam berbentuk silinder panjang mula-mula (lo) pada suhu (to) setelah dipanaskan
suhunya naik menjadi (t ) panjangnya menjadi (lt) ,maka pertambahan panjang ( ∆ l ) sebesar; ∆ l = lt-lo ………… (1 ) lo lt ∆l Gb. 6b.1 Pemuaian zat padat
a.Koefisien Muai Panjang
Misalanya sebatang besi panjangnya 100 cm mula-mula suhunya 00C dipanaskan dengan
merata sampai suhunya naik menjadi 1000C. Ternyata panjang besi menjadi 100,12 cm .
Pertambahan panjang besi 100,12 – 100 = 0,12 cm.
0,12 cm
= 0,000012/0C atau 1,2 x 10-5/0C
100 cm x 1000C
Angka ini dinamakan koefisien muai panjang (α)
Koefisien muai panjang adalah angka yang menyatakan seberapa besar kecepatan pemuaian panjang yang dialami oleh suatu benda.
Tabel 6b.1 koefisien muai panjang
Zat Koefisien muai panjang(/oC
Berlian Pyrex Grafit Kaca Baja Besi Tembaga Perunggu Aluminium 0,000 001 0,000 003 0,000 008 0,000 009 0,000 011 0,000012 0,000 017 0,000 019 0,000 024
b. Hubungan pertambahan panjang ,koefisien muai panjang, panjang mula-mula dan kenaikan suhu.
Dari hasil pengamatan dengan musschenbroek diketahui muai panjang tergantung dari : 1. jenis zat
2. panjang mula-mula 3. kenaikan suhu
Hubungan pertambahan panjang ,koefisien muai panjang, panjang mula-mula dan kenaikan suhu dapat dinyatakan dalam persamaan
∆l= α. Lo. ∆t ……….. (2)
Dari persamaan (1) ∆ l = lt-lo ………… (1 ) maka ∆l -lo = α. Lo. ∆t ……… (3)
Keterangan
∆l = pertambahan panjanga ( m ) α. = koefisien muai panjang ( /0C)
lo= panjang mula-mula ( m ) lt= panjang setelah dipanaskan ( m ) ∆t= kenaikan suhu ( 0C)
2. Masalah dan manfaat pemuaian
a. masalah –masalah yang ditimbulkan oleh pemuaian :
- Pecahnya gelas yang diisi air panas karena pemuai tidak merata.
- Pecahnya kaca jendela yang terkena sinar matahari , cara mengatasi kaca jendela rumah di beri ruang untuk memuai
- rel kereta api melengkung karena dipasang rapat, cara mengatasi diberi celah. - kabel telepon/listrik dipasang longgar agar tidak putus bila menyusut
b. Pemanfaatan
Pemuaian dimanfaatkan pada :
- pengelingan ( menyambung dua buah logam) - pemasangan roda besi
- bimetal. c. Bimetal
Bimetal adalah dua buah logam yang memiliki koefisien berbeda dikeling menjadi satu.
Apabila bimetal dipanaskan akan melengkung ke arah logam yang memiliki koefisien muai yang paling kecil.
Bimetal dimanfaatkan pada sakelar otomatis , thermostat , thermometer bimetal,dan lampu zen kedaraan.
